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Aktualisierte Ökobilanzen zum Recyclingverfahren EcoBatRec für Lithium-Ionen-Batterien (Stand 09/2016)

Berlin, Darmstadt,

14.12.2016

Autoren

Matthias Buchert

Jürgen Sutter

Geschäftsstelle Freiburg Postfach 17 71 79017 Freiburg

Hausadresse Merzhauser Straße 173 79100 Freiburg Telefon +49 761 45295-0

Büro Berlin Schicklerstraße 5-7 10179 Berlin Telefon +49 30 405085-0

Büro Darmstadt Rheinstraße 95 64295 Darmstadt Telefon +49 6151 8191-0 [email protected] www.oeko.de

Endbericht,

gefördert durch das

Ökobilanz EcoBatRec, 2016

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Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis 3

Tabellenverzeichnis 4

1. Zusammenfassung 5

2. Hintergrund der Studie und Aufbau des Berichts 7

3. Ziele und Untersuchungsrahmen 8

3.1. Ziele und Anwendungen der Studie 8

3.2. Festlegung des Untersuchungsrahmens 9

3.2.1. Funktion und funktionelle Einheit 9

3.2.2. Festlegung der Systemgrenzen 10

3.2.3. Datenerhebung, Anforderung an die Daten und die Datenqualität 11

3.2.4. Allokation 12

3.2.5. End-of-Life Allokation 13

3.2.6. Berücksichtigte Wirkungskategorien 13

3.2.7. Methoden der Auswertung 17

3.2.8. Konformität und kritische Prüfung 17

3.2.9. Einschränkungen, Verwendung und Zielgruppen 18

3.2.10. Art und Aufbau des für die Studie vorgesehenen Berichts 18

4. Sachbilanz 19

4.1. Prozessbeschreibung 19

4.2. Datengrundlage 19

4.2.1. Spezifische Daten 19

4.2.2. Generische Datensätze 22

4.2.3. Modellierung der Transporte 23

4.2.4. Modellierung der Gutschriften 25

4.3. Einschätzung der Datenqualität 27

5. Ergebnisse der Wirkungsabschätzung 28

5.1. Treihauspotenzial (GWP) 28

5.2. Versauerungspotenzial (AP) 29

5.3. Eutrophierungspotenzial (EP) 30


2

5.4. Photochemisches Oxidantienbildungspotenzial (POCP) 31

5.5. Elementarer Ressourcenverbrauch (ADP elem.) 32

5.6. Kumulierter Energieaufwand (CED total) 33

5.7. Vergleich der Ergebnisse von 2016 mit denen von 2016 34

6. Auswertung 34

6.1. Identifizierung der signifikanten Parameter 34

6.2. Beurteilung 36

6.2.1. Vollständigkeitsprüfung 36

6.2.2. Sensitivitätsprüfung 37

6.2.2.1. Cobalt-Datensatz 37

6.2.3. Konsistenzprüfungen 37

6.3. Schlussfolgerungen, Einschränkungen und Empfehlungen 38

7. Literatur 40

Annex 1: Verwendete generische Datensätze 45

Annex 2: Externes kritisches Gutachten 48


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Abbildungsverzeichnis

Abbildung 3-1: Systemgrenze des EcoBatRec-Prozesses, FU: Recycling von 1000 kg EoL-Batterien 10

Abbildung 5-1: GWP 28

Abbildung 5-2: AP: NMC Batterien mit Al-Gehäuse 29

Abbildung 5-3: EP: NMC Batterien mit Al-Gehäuse 30

Abbildung 5-4: POCP: NMC Batterien mit Al-Gehäuse 31

Abbildung 5-5: ADP, elem.: NMC Batterien mit Al-Gehäuse 32

Abbildung 5-6: CED, total: NMC Batterien mit Al-Gehäuse 33


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Tabellenverzeichnis

Tabelle 3-1: Charakterisierungsfaktoren für den ADPelem 16

Tabelle 4-1: Generische Zusammensetzung NMC-Batterien 21

Tabelle 4-2 Herkunft der prozessspezifischen Daten 22

Tabelle 4-3: Annahmen bei der Modellierung der Transporte 24

Tabelle 4-4 Gegenüberstellung der rezyklierten Materialien, des angelasteten Recyclingprozesses sowie der für das Recyclingmaterial erteilten Gutschrift 26

Tabelle 5-1: Vergleich der Ökobilanz-Ergebnisse 2016 und 2015 34

Tabelle 6-1: Einfluss der Recylingstufen auf die Ergebnisse der Wirkungskategorien (getrennt nach Gut- und Lastschrift) 35

Tabelle A-1: Für die Ökobilanz verwendete generische Datensätze 45


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1. Zusammenfassung

Hintergrund der Studie

Das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit geförderte Projekt „EcoBatRec - Demonstrationsanlage für ein kostenneutrales, ressourceneffizientes Processing ausgedienter Li-Ion Batterien“ wurde zwischen Frühjahr 2012 und Frühjahr 2016 unter der Koordination der Accurec Recycling GmbH mit dem Verbundpartner RWTH Aachen durchgeführt.

Die Eigendarstellung von EcoBatRec findet sich unter:

http://www.ecobatrec.de/

Die Verfahren zur Rückgewinnung von Lithium, Kobalt und weiteren Rohstoffen sind sowohl von ökologischer als auch von strategischer Bedeutung für die Sicherung von Rohstoffen für die Batterieproduktion in Deutschland. Die Ökobilanz dient zur Unterstützung der Bewertung des sich in Entwicklung befindlichen Recyclingverfahrens im Rahmen des EcoBatRec-Projektes. Die vorliegende Bilanz bildet den Stand des Projekts nach dem Bau und den ersten Testläufen einer Demonstrationsanlage bis Sommer 2016 ab. Sie stellt eine aktualisierte Fassung der ersten, im Jahr 2015 entwicklungsbegleitend erstellten Ökobilanz dar (Buchert et al. 2015b).

Das Öko-Institut war als assoziierter Partner für die Konzeption und Realisierung der LCA-Arbeiten und für die Koordination der Umbrellagruppe LCA verantwortlich.

Recyclingroute und funktionelle Einheiten

Die Systemgrenzen für die Bilanzierung des EcoBatRec-Recyclingverfahrens umfassen die folgenden Module:

Zerlegung der Batteriesysteme bis auf Zellebene

Thermische Pyrolyse der Zellen

Mechanische Zerlegung der pyrolisierten Zellen

Gewinnung von metallischen Lithium in einem Verdampfungsschritt

pyrometallurgische Aufbereitung des abgereicherten Elektrodenmaterials

Die funktionelle Einheit und der Referenzfluss für die Ökobilanzen des EcoBatRec-Verfahrens sind das Recycling von 1000 kg Batterien entsprechend dem Typ NMC (Nickel/Mangan/Kobalt).

Ergebnisse

Die Gesamtauswertung der Ökobilanzergebnisse für das Recycling des Batterietyps NMC mit Aluminiumgehäuse ergibt für alle untersuchten Wirkungskategorien, d. h. Treibhauspotenzial (GWP), Kumulierter Energieaufwand (CED total), Versauerungspotenzial (AP), Verbrauch an abiotischen Ressourcen (ADPelem.), Eutrophierung (EP) und Bildung von Photooxidantien (POCP), z. T. deutliche Nettogutschriften. Zu diesem Ergebnis tragen vor


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allem die Schritte der Batterie-, Modul- und Zellzerlegung bei. Die pyrometallurgische Aufbereitung des Aktivmaterials führt zumeist ebenfalls zu Netto-Gutschriften, beim Treibhauspotential und dem Primärenergiebedarf jedoch nicht. Nicht zuletzt die Ergebnisse bzgl. des Versauerungspotenzials und des Verbrauchs an abiotischen Ressourcen waren für ein Recyclingverfahren, welches primär auf die Gewinnung von Sekundärmetallen bzw. deren Verbindungen zielt, zu erwarten (Gutschriften bzgl. abiotischer Primärressourcen sowie Säurebildneremissionen aus der Erzaufbereitung). Die hohen Rückgewinnungsraten von batteriefähigen Kobalt- (98%), Nickel- (99%) und Manganverbindungen (99%) sowie metallischem Lithium (73%) aus dem Verdampfungsprozess tragen wesentlich zum guten Gesamtergebnis der Ökobilanz bei.

Positive Beiträge, d. h. deutliche Nettogutschriften, ergeben sich für alle untersuchten Wirkungskategorien aus dem ersten Schritt „Demontage“. Verantwortlich hierfür sind vor allem hohe Gutschriften für die Rückgewinnung von Wertstoffen wie z. B. Aluminium und Edelstahl aus dem Gehäuse, Kupfer aus diversen Komponenten und Edelmetalle aus dem Batteriemanagementsystem. Dies lässt die Bewertung zu, dass eine sorgfältige Zerlegung der Batterien essentiell für ein positives Gesamtergebnis des gesamten Recyclingprozesses sind. Die Zellmaterialien sind nicht zuletzt aufgrund ihrer wertvollen Metallverbindungen (Nickel-, Kobalt-, Lithiumverbindungen etc.) wichtig und interessant für die Recycling-wirtschaft und unter dem Gesichtspunkt der Ressourcenschonung. Die sonstigen Komponenten, die im 1. Schritt entnommen und in die Recyclingwirtschaft überführt werden, machen jedoch über die Hälfte des gesamten Batteriegewichts aus.

Im Vergleich zur Voruntersuchung aus dem Jahr 2015 haben sich bei der Aktualisierung der Ökobilanz auf Basis von Daten der Demonstrationsanlage nur relativ geringe Ergebnisänderungen ergeben. Im allgemeinen lagen die Änderungen im Bereich von etwa 10%. Die größte Abweichung ergab sich beim Versauerungspotenzial, das rund 20 % niedriger ausfällt als in der Vorstudie.

Einschränkungen

In den Systemgrenzen der vorliegenden Ökobilanz ist weder die Herstellung der Batterie noch die Nutzungsphase der Batterie im entsprechenden Fahrzeug bilanziert. Gerade die Leichtbaumaterialien Aluminium und kohlefaserverstärkte Kunststoffe (hier für das gewichtsrelevante Batteriegehäuse) wären für eine Bilanzierung der Nutzungsphase im Vergleich zu einer Batterie mit schwererem Edelstahlgehäuse von Interesse. Aussagen hierzu können jedoch im Rahmen dieser Ökobilanz aufgrund der gesetzten Systemgrenzen nicht getroffen werden. Weiterhin gelten alle Ergebnisse unter der Prämisse, dass die zu recycelnden Batterien keine Umweltlast tragen.

Die Ökobilanzergebnisse zum EcoBatRec-Recyclingverfahren müssen unter dem Vorbehalt bewertet werden, dass die Sachbilanzdaten teilweise auf Einzel- und Laborversuchen beruhen. Schließlich ist hervorzuheben, dass die Ergebnisse dieser Ökobilanz für das Batterierecycling nach dem EcoBatRec-Verfahren keinesfalls mit den Ökobilanzergebnissen anderer Batterierecyclingverfahren verglichen werden können. Es wurde in diesem Sinne keine vergleichende Ökobilanz durchgeführt.

Fazit und Empfehlungen


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Für das Recycling der untersuchten Batterietypen nach dem EcoBatRec-Verfahren ergeben die Ökobilanzergebnisse für alle Wirkungskategorien deutliche Nettogutschriften. Eine Realisierung des Gesamtprozesses im Rahmen einer Pilotanlage oder gar auf großtechnischer Ebene steht noch aus. Hier könnten in einigen Modulen größere Lasten auftreten, auf der anderen Seite wären durchaus noch Minderungspotenziale zu erwarten. Erneute LCA-Studien zur Validierung der Ergebnisse dieser Studie in einigen Jahren werden empfohlen, wenn das Recyclingverfahren nach EcoBatRec in die großtechnische Umsetzung gelangt ist.

2. Hintergrund der Studie und Aufbau des Berichts

Die Ökobilanz ist als begleitende Untersuchung für die Weiterentwicklung eines Recycling-verfahrens für Lithium-Ionen-Batterien aus dem Automobilsektor (hier nach dem Weg des EcoBatRec-Projektes) angelegt. Das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit geförderte Projekt „EcoBatRec - Demonstrationsanlage für ein kostenneutrales, ressourceneffizientes Processing ausgedienter Li-Ion Batterien“ ist eines von zwei parallelen BMUB-Projekten, die die Entwicklung von Recyclingverfahren für Lithium-Ionen-Traktionsbatterien zum Gegenstand haben.

Das Projekt EcoBatRec wurde zwischen Frühjahr 2012 und Frühjahr 2016 unter der Koordination der Accurec Recycling GmbH mit dem Verbundpartner RWTH Aachen durchgeführt.

Die Eigendarstellung von EcoBatRec findet sich unter:

http://www.ecobatrec.de/

Das EcoBatRec-Forschungsprojekt wurde 2012 vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit zur Förderung ausgewählt, um das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen im Maßstab einer Demonstrationsanlage darzustellen. Das Verfahren zur Rückgewinnung von Lithium und weiteren Rohstoffen ist sowohl von ökologischer als auch von strategischer Bedeutung für die Sicherung von Rohstoffen für die Batterieproduktion in Deutschland.

Das Öko-Institut war als assoziierter Partner für die Konzeption und Realisierung der Ökobilanz-Arbeiten verantwortlich. Zusätzlich koordinierte das Öko-Institut die Arbeiten der Umbrellagruppe LCA, die sich aus ausgewählten Vertretern der beiden BMUB-Projekte EcoBatRec und LithoRec II zusammensetzte. Aufgabe dieser Umbrellagruppe war die Abstimmung methodischer Fragen (funktionelle Einheit, Systemgrenzen, Wirkungskategorien usw.) sowie die gemeinsame Diskussion der Ökobilanzergebnisse innerhalb eines Rahmens, der gleichzeitig den verschiedenen Geheimhaltungsvereinbarungen bzgl. EcoBatRec und LithoRec II und dem Interessenschutz einzelner Partner ohne Abstriche Rechnung trägt.

Die Ökobilanz bzgl. des EcoBatRec-Recyclingverfahrens wurde gemäß ISO 14040/14044 sowie ISO TS 14071 durchgeführt. Die Aufgabe des unabhängigen externen Critical Reviewers wurde von Prof. Dr. Matthias Finkbeiner von der TU Berlin, Department of Environmental Technology – Chair of Sustainable Engineering, ausgeführt. Die kritische Prüfung wurde als unabhängiger Gutachter und nicht als Vertreter oder im Auftrag der TU


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Berlin erstellt. Da sich alle Beteiligten auf einen begleitenden Critical-Review-Prozess verständigt hatten, nahm Herr Prof. Finkbeiner von Beginn an an den Treffen der Umbrellagruppe LCA teil. Im Rahmen der Kritischen Prüfung des Berichts aus dem Jahr 2015 wurde die Normkonformität der Ökobilanz bestätigt. Die Prüfung der hier dokumentierten, aktualisierten Ökobilanz fokussierte auf die Änderungsumfänge zwischen den beiden Studien.

Die nachfolgenden Abschnitte dieses Berichtes beschreiben die Ziele und den Unter-suchungsrahmen (Abschnitt 3), umfassen die Sachbilanz (Abschnitt 4) und die Ergebnisse der Wirkungsabschätzung (Abschnitt 5) sowie die Auswertung (Abschnitt 6) und die zitierten Referenzen (Abschnitt 7). Der Bericht wird durch mehrere Anhänge komplettiert: Annex 1 listet die verwendeten generischen Datensätze auf. Annex 2 umfasst die finale Prüfaussage des Critical Review (Prof. Finkbeiner).

3. Ziele und Untersuchungsrahmen

3.1. Ziele und Anwendungen der Studie

Die Ökobilanz dient zur Unterstützung der Bewertung des sich in Entwicklung befindlichen Recyclingverfahrens im Rahmen des EcoBatRec-Projektes. Den beteiligten Verbundpartnern sollen damit zeitnah detaillierte Informationen bzgl. der ökologischen Vorteile und ggf. Schwachstellen zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin dienen die Arbeiten zur Ökobilanz dazu, frühzeitig Optimierungspotenziale für die Verbesserung der Umweltperformance des Recyclingprozesses aufzuzeigen. Hierzu wurden nicht zuletzt auch Sensitivitätsanalysen bzgl. der Ökobilanz durchgeführt und bewertet. Die Funktion des in EcoBatRec entwickelten Recyclingverfahrens ist durch das Recycling von Lithium-Ionen-Traktionsbatterien aus dem Automobilbereich definiert, wobei die Rückgewinnung von Lithium und Metallverbindungen (Kobalt-, Nickel- und Manganverbindungen) in batteriefähiger Qualität für die Elektrodenherstellung im Vordergrund steht. Aufgrund der komplexen Zusammensetzung der Lithium-Ionen-Traktionsbatterien war ebenso aber auch die werkstoffliche Rückgewinnung von weiteren Materialien (aus dem Gehäuse, der Elektronik etc.) sowie ggf. die energetische Verwertung spezifischer Bestandteile der Batteriesysteme für die Ökobilanz zu betrachten und zu bilanzieren.

Es ist ausdrücklich nicht Ziel der Studie die im Rahmen des EcoBatRec-Projekts entwickelte Recyclingroute für Lithium-Ionen-Traktionsbatterien mit anderen sich in Entwicklung befindlichen Recyclingverfahren zu vergleichen. Die vorliegende Studie stellt in diesem Sinne keine vergleichende Ökobilanz dar. Entsprechend sind die Ergebnisse der Studie nur auf das Recyclingverfahren im Rahmen von EcoBatRec anzuwenden. Die Ergebnisse dieser Studie sind nicht für die Verwendung in zur Veröffentlichung vorgesehenen vergleichenden Aussagen bestimmt.

Eine wichtige Zielgruppe für die Ökobilanzstudie sind die Verbundpartner des EcoBatRec-Projektes selbst. Für die EcoBatRec-Verbundpartner sind die Teilergebnisse für die einzelnen Module des Recyclingverfahrens ebenso interessant wie die Gesamtergebnisse.


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Weiterhin ist die Identifizierung möglicher ökolo-gischer Optimierungspotenziale bzgl. des Recyclingprozesses von elementarer Bedeutung.

Eine weitere Zielgruppe für die Ergebnisse sind das fördernde BMUB selbst und die interessierte Fachöffentlichkeit. Für die Politik sind vor allem Erkenntnisse bzgl. noch offenen Forschungsbedarfs und ggf. weiterer Förder- und Entwicklungsprogramme wichtig.

3.2. Festlegung des Untersuchungsrahmens

3.2.1. Funktion und funktionelle Einheit

Die Funktion des in EcoBatRec entwickelten Recyclingverfahrens ist durch das Recycling von Lithium-Ionen-Traktionsbatterien aus dem Automobilbereich definiert, wobei die Rückgewinnung von metallischem Lithium und Metallverbindungen (Kobalt-, Nickel- und Manganverbindungen) in batteriefähiger Qualität für die Elektrodenherstellung im Vordergrund steht. Aufgrund der komplexen Zusammensetzung der Lithium-Ionen-Traktions-batterien war aber auch die werkstoffliche Rückgewinnung von weiteren Materialien (aus dem Gehäuse, der Elektronik etc.) sowie ggf. die energetische Verwertung spezifischer Bestandteile der Batteriesysteme für die Ökobilanz ebenfalls zu betrachten und zu bilanzieren.

Da im Bereich der Elektromobilität sowohl diverse alternative Zellmaterialien innerhalb der Familie Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommen bzw. entwickelt werden und weiterhin Traktionsbatterien hier ein Spektrum für den Einsatz für Hybridfahrzeuge (ab ca. 35 kg Gewicht) über Plug-in-Hybridfahrzeuge (ca. 100 – 150 kg Gewicht) bis hin zu vollelektrischen Fahrzeugen (Batteriegewichte bis 250 kg oder gar mehr) umfassen, wurden in der Umbrellagruppe LCA frühzeitig und einvernehmlich generische, aber repräsentative Durchschnittsgewichte und -zusammensetzungen der Batterien definiert, für deren Recycling die Ökobilanzen erstellt werden sollten. Dies war einerseits notwendig, da unmöglich Ökobilanzen für das Recycling aller in Frage kommender Zelltypen und Batteriegrößen geleistet werden konnten. Andererseits fallen für die zukünftige Recyclingwirtschaft auch entsprechend unterschiedliche Lithium-Ionen-Traktionsbatterien nach Gebrauch an, so dass das im Rahmen von EcoBatRec entwickelte Recylingverfahren diese Heterogenität adressieren muss.

Während in den beiden ersten Ökobilanzstudien (Buchert et al. 2015a, Buchert et al. 2015b) zu den EcoBatRec- und LithoRec II-Projektverbünden (Vertreter der Automobilindustrie, Materialforschung und -bereitstellung, Batterietechnik, Recyclingwirtschaft) sowohl NMC-Kathoden (Nickel/Mangan/Kobalt) als auch LFP-Kathoden (Lithiumeisenphosphat) bilanziert wurden, wurde in den aktualisierten Ökobilanzen nur Batterien mit NMC-Kathoden berücksichtigt. Dies ist dadurch begründet, dass im Rahmen der Demonstrationsanlage nur NMC-Batterien zerlegt wurden.

Für die NMC-Batterien wurde die generische Zusammensetzung angesetzt, die für die Vorläuferprojekte nach Analysen von zurückgenommenen Lithium-Ionen-Batterien und Diskussion dieser Daten durch die Mitglieder der Umbrella-Gruppe festgelegt wurde.


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Die konkreten Daten bzgl. des NMC-Batterietyps finden sich in Kapitel 4.2.2 dieses Berichts. Die funktionelle Einheit und der Referenzfluss für die Ökobilanzen des EcoBatRec-Verfahrens ist das zu batteriefähigen Produkten führende Recycling von 1000 kg NMC-Batterien.

Die funktionelle Einheit wird auf die Inputseite gelegt, da für diese Ökobilanz der Fokus auf dem Recyclingverfahren liegt.

3.2.2. Festlegung der Systemgrenzen

Die Systemgrenzen für die Bilanzierung des EcoBatRec-Recyclingverfahrens umfassen die folgenden Module:

Demontage der Batteriesysteme bis auf Zellebene

Thermische Behandlung

Mechanische Behandlung

Verdampfung

Abbildung 3-1: Systemgrenze des EcoBatRec-Prozesses, FU: Recycling von 1000 kg EoL-Batterien


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Die Aufwendungen des Recyclingprozesses finden innerhalb der Systemgrenze statt. Sie werden einerseits mit den Gutschriften für die das System verlassenden batteriefähigen Metallverbindungen verrechnet. Hinzu kommen die Gutschriften für das Recycling der anderen Wertkomponenten (z. B. Gehäuse und Rahmen): die Nettogutschrift errechnet sich dabei aus der Bruttogutschrift für das gewonnene Recyclingmaterial abzüglich der Lasten des Recyclings aus Standardaufarbeitungsverfahren. Zur Modellierung der Gutschriften siehe Kapitel 4.2.4.

Die Herstellungs- und Nutzungsphase der untersuchten Batterien sind nicht Gegenstand dieser Ökobilanz.

3.2.3. Datenerhebung, Anforderung an die Daten und die Datenqualität

Die Datenerhebung für die Sachbilanzen wurde in Zusammenarbeit mit den EcoBatRec-Projektpartnern durchgeführt. Im Unterschied zur Studie aus 2015 stammen die Sachbilanzdaten hier nun teilweise aus Testläufen der Demonstrationsanlage, teilweise beruhen sie aber auch noch auf Labordaten bzw. Modellierungen.Weitere Sachbilanzdaten werden aus Konsistenzgründen primär aus der GaBi- Datenbank (Version 6.0) entnommen. Für diese Ökobilanz werden die Datensätze aus der Professional Datenbank und der Zusatzdatenbank „Anorganische Vorprodukte“ verwendet. Für darin fehlende Datensätze, die für diese Ökobilanz notwendig sind, werden Daten aus der Datenbank ecoinvent v3.1 eingesetzt.

In der Datenerhebung wird als Abschneidekriterium in der Regel eine „1-Prozentregel“ bezüglich Masse verfolgt, das heißt, es werden z. B. entsprechende Hilfsstoffeinsätze bezogen auf den jeweiligen Gesamteinsatz vernachlässigt. Ausnahmen hierzu wurden gemacht, falls relevante Gründe die Einbeziehung in die Sachbilanz nahelegten. Ein Beispiel hierfür ist die Berücksichtigung der Verwertung des Batteriemanagementsystems, das trotz geringerer Masse aufgrund der zu erwartenden Gutschriften für die Rückgewinnung wertvoller Metalle relevant ist.

Technologische Repräsentativität

Die Daten für das zu entwickelnde Recyclingverfahren für Lithium-Ionenbatterien entsprechen dem aktuellen Stand von Forschung und Entwicklung. Die Daten basieren auf Primärdaten der involvierten Projektpartner. Die Daten repräsentieren den Pilot-/ Labormaßstab und nicht einen großtechnischen Betrieb, da dieser zum Zeitpunkt der Erstellung der Ökobilanz noch nicht realisiert ist. Trotz dieser Einschränkungen sind die verfügbaren Daten nutzbar, da keine vergleichende Ökobilanz zwischen unterschiedlichen Recyclingverfahren intendiert ist.

Geographische Repräsentativität

Die Ökobilanz der Recyclingrouten hat nach Abstimmung mit den Projektpartnern den geographischen Bezug Deutschland. Entsprechend wurden geeignete einschlägige externe Datensätze (Strommix Deutschland etc.) für die Sachbilanz herangezogen. Für die Bilan-zierung eingesetzter Hilfsstoffe etc. wurde soweit wie möglich auf Datensätze mit Bezug auf deutsche und falls nicht vorhanden auf europäische Produktion zurückgegriffen.


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Für die Gutschriften der Metalle werden weltweite bzw. generische LCA-Daten heran-gezogen, soweit es dem deutschen oder europäischen Metallbezug entspricht. Für Edelstahl wird demgegenüber die deutsche Edelstahlkette und für Aluminium die europäische Prozesskette verwendet.

Zeitrepräsentativität

Die zeitliche Repräsentativität der Daten bezieht sich auf die letzten 5 Jahre; so wurde auf die aktuell verfügbaren Datensätze des verwendeten GaBi-Modells zurückgegriffen. Daten-sätze aus ecoinvent v3.1 stammen aus den letzten 10 Jahren. Alle internen Daten bzgl. der Recyclingrouten wurden im Jahr 2015 bzw. im 1. Halbjahr 2016 erhoben.

Diese LCA hat einen prospektiven Charakter, da sie zukünftige Prozesse abzubilden ver-sucht, die so zurzeit nicht existieren. Aus den Laborergebnissen sind die Prozesse bekannt, die Ergebnisse aus ihren konkreten großtechnischen Umsetzungen hingegen nicht. Theoretisch wäre für die gesamte Prozesskette ihre zukünftige Umweltwirkung zu modellieren. Auf diesen Ansatz musste verzichtet werden und es wird stattdessen für die Recyclingaktivitäten auf Laborergebnisse und für die Prozesskette auf existierende Datenbanken zurückgegriffen.

Die Unsicherheit der Daten bewegt sich im üblichen Rahmen und unterscheidet sich je nach Elementarfluss.

3.2.4. Allokation

Unter Allokation werden bei der Durchführung von Ökobilanzen Zuordnungsverfahren verstanden, die dann erforderlich sind, wenn bei Prozessen mehrere verwertbare Produkte erzeugt werden, aber nur ein Teil der Produkte in dem betrachteten ökobilanziellen System genutzt wird. Sie wird immer dann durchgeführt, wenn eine Systemerweiterung praktisch nicht mehr möglich ist. Allokationen führen immer zu einer eingeengten Betrachtungsweise. Klassische Beispiele für Allokationen sind der Chloralkaliprozess oder die Erdölraffination. So werden in der Erdölraffination aus dem Hauptinput Erdöl viele Raffinerieprodukte wie Benzin und Diesel, aber auch Naphtha, schweres Heizöl und andere erzeugt. Bei der Raffinerie werden aufgrund der Komplexität die gesamten ökologischen Aufwendungen auf die Gesamtprodukte anhand eines Kriteriums umgelegt, z. B. über den Heizwert. Dieses Verfahren ist allgemein akzeptiert und entspricht der ISO-Norm, indem einer Allokation nach physikalischen Größen der Vorzug gegeben wird.

Dieses Verfahren stößt allerdings bei Bunt- und Edelmetallen häufig an seine Grenze. So werden bei der Förderung und Herstellung von Edelmetallen (z. B. Platin, Palladium) auch andere Metalle (Kupfer, Nickel) produziert. Würde man für diese Prozesse eine Allokation nach einem physikalischen Kriterium (Masse) wählen, so würden die Aufwendungen gleichmäßig auf Edelmetalle und Begleitmetalle aufgeteilt. Diese Aufteilung widerspräche allerdings der Ökonomie des Verfahrens. Für dieses Verfahren steht daher entweder das Gutschriftenverfahren (meistens nicht praktikabel) oder eine Allokation nach Erlösen zur Verfügung. In diesen letztgenannten Verfahren werden die Umweltauswirkungen nach Erlösen den Produkten zugeordnet. Da die Metalle Preisschwankungen unterliegen, muss bei der Anwendung hier Vorsicht gelten.


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In der vorliegenden Studie wurde wie folgt vorgegangen:

Die Bilanzierung innerhalb der Systemgrenzen „Aufarbeitung von Lithiumbatterien“ erfordert keine Allokation, da keine Einzelprodukte ausgewiesen werden, sondern nur das Ergebnis für das Gesamtsystem.

Die Literaturdaten bestehen aus von GaBi v6.0 bzw. ecoinvent v3.1 übernommenen Daten-sätzen, für die in einigen Fällen bereits Allokationen vorgenommen worden sind. Soweit diese keinen maßgeblichen Einfluss auf das Ergebnis haben, werden sie hier nicht explizit aufgeführt und können der entsprechenden Dokumentation in GaBi v6.0 bzw. ecoinvent v3.1 entnommen werden1.

3.2.5. End-of-Life Allokation

Die Systemgrenzen dieser Ökobilanz sind so angelegt, dass alle Ströme, die das System verlassen, über Gutschriften bewertet werden. Der Auswahl und Modellierung der Gutschrift-prozesse kommt daher bei dieser Ökobilanz eine zentrale Rolle zu.

Im Gegensatz zu anderen Metallen wie Aluminium oder Kupfer, bei denen Recyclingprozesse seit vielen Jahrzehnten etabliert sind, gibt es bisher bei Lithium-Ionen-Batterien in Deutschland keine signifikante Rückgewinnung von Aktivmaterialien. Bei den untersuchten Verfahren handelt es sich durchwegs um völlig neue Prozesse, die noch nicht auf Industrieebene eingeführt sind. Auch Sammelsysteme für gebrauchte Batterien sind bisher nicht etabliert. Da im Rahmen dieser Studie keine Einschätzung vorgenommen werden kann, welchen Anteil gebrauchte Batterien an der Batterie-Produktion in Zukunft haben könnten, bleiben Aussagen zu möglichen Sekundäranteilen und zur Frage, wie viele Recyclingschleifen Lithium-Ionen-Batterien in künftigen Systemen durchlaufen könnte, bloße Spekulation. Aus diesem Grund wurde von einer Sensitivitätsrechnung mit der 50:50-Methode, wie sie das Umweltbundesamt empfiehlt [UBA 2002; Klöpffer 2009] abgesehen. Stattdessen gehen die gebrauchten Batterien in der Bilanzierung lastenfrei ins Recycling bzw. zur Wiederverwendung. Alle Ergebnisse dieser Studie gelten nur für diesen End-of-Life-Allokationsansatz. Für Studien, welche die Ergebnisse der Studie ggf. weiterverwenden, ist aus Konsistenzgründen zu beachten, dass das Sekundärmaterial nicht lastenfrei, sondern mit einer der in dieser Studie erteilten Gutschrift entsprechenden Lastschrift eingehen muss.

3.2.6. Berücksichtigte Wirkungskategorien

Von den einzelnen Schritten des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien können unterschiedliche Auswirkungen auf die Umwelt ausgehen. Diese möglichen Auswirkungen sind bei der Schadstoffbewertung in der Wirkungsabschätzung zu berücksichtigen. Die Aufgabe der Wirkungsabschätzung ist es, die in der Sachbilanz erhobenen Daten in Hinblick auf bestimmte Umweltauswirkungen, sogenannte Wirkungskategorien, zu untersuchen und damit zusätzliche Informationen zu liefern, die in die Bewertung einfließen. Der PEF Guide [EC 2013] führt folgende Standardwirkungskategorien auf:

1 Siehe GaBi 6 life cycle inventory data documentation, http://www.gabi-software.com/support/gabi/gabi-6-lci-

documentation/.


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Klimaänderung

Abbau der Ozonschicht

Ökotoxizität - Süßwasser

Humantoxizität - kanzerogene Folgen

Humantoxizität - nichtkanzerogene Folgen

Feinstaub/anorganische Emissionen

Ionisierende Strahlung - Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit

Fotochemische Bildung von Ozon

Versauerung

Eutrophierung – Land

Eutrophierung – Wasser

Ressourcenerschöpfung – Wasser

Ressourcenerschöpfung – mineralisch, fossil

Landnutzungsänderungen

Das ILCD-Handbuch [ILCD 2010]. empfiehlt diese Wirkungskategorien:

Climate change, (Stratospheric) Ozone depletion, Human toxicity, Respiratory inorganics, ionizing radiation, (Ground-level) Photochemical ozone formation, Acidification (land and water), Eutrophication (land and water), Ecotoxicity, Land use, Resource depletion (minerals, fossil and renewable energy resources, water).

Weitere Wirkungskategorien sind z. B. Geruchsbelästigung, Lärm, Belastung am Arbeits-platz, Abwärme und Abfallaufkommen, Bedrohung von Naturschönheit und –vielfalt [UBA 1995].

Bezüglich der zu betrachtenden Wirkungskategorien führt die Fachliteratur aus:

Da ISO 14044 keine feste Liste von Wirkungskategorien vorgibt, nicht einmal eine Empfeh-lungsliste, obliegt die Auswahl der Kategorien den Erstellern der Ökobilanz. [Klöpffer 2009]

Die Auswahl der Wirkungskategorien für die vorliegenden Ökobilanzen der Recyclingver-fahren für Lithium-Ionen-Batterien fand in Abstimmung mit den Mitgliedern der Umbrella-Gruppe ein einvernehmliches Ergebnis. In Anpassung an die Thematik und die bestehenden Fragestellungen bzgl. der Recyclingverfahren wurden die folgenden Wirkungskategorien als Grundlage der Ökobilanzierung verwendet: Kumulierter Energie-Aufwand (KEA), Verbrauch an abiotischen Ressourcen mineralischen Typs (ADP, elementar), Treibhauspotenzial (GWP), Eutrophierungspotenzial (EP), Versauerungspotenzial (AP), Photochemisches Oxidantienbildungspotenzial (POCP).

Als optionale Bestandteile der Wirkungsabschätzung wurde nur eine Normierung mit globalen Jahresemissions- bzw. Verbrauchswerten durchgeführt [CML 2016]. Ordnungs- und Gewichtungsverfahren wurden nicht verwendet.

Zur Charakterisierung von human- und ökotoxischen Belastungen sind in den letzten Jahren eine Reihe von methodischen Konzepten erarbeitet worden. Neben klassischen Methoden


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wie CML [Guinée et al. 2002] und EDIP [Hauschild/Wenzel 1998], die potenzielle Wirkungen in der Mitte des Wirkungsmechanismus quantifizieren, versuchen andere Methoden potenzielle Schäden am Wirkungsendpunkt abzuschätzen, wie z. B. Eco-indicator 99 [Goedkoop/Spriensma 1999] oder EPS [Steen 1999] oder kombinieren beide Konzepte, wie z. B. ReCiPe [Goedkoop et al. 2009], IMPACT 2002+ [Humbert et al. 2012].

Mit dem USEtox Modell der UNEP/SETAC Life Cycle Initiative [Rosenbaum et al. 2011, Rosenbaum et al. 2008, Hauschild et al. 2008] wurde versucht, die verschiedenen Modelle zu harmonisieren. USEtox stellt ein Bewertungssystem dar für die Kategorien Humantoxizität und aquatische Ökotoxizität. Das Modell stellt sehr hohe Anforderungen an die Datenqualität und die Anzahl der zu betrachtenden Stoffe. Da die Datenlage zu zahlreichen human- und ökotoxischen Stoffen so schlecht ist, dass fundierte Aussagen nur schwer abzuleiten sind, wird in dieser Studie auf die Einbeziehung der Humantoxizität und Ökotoxizität anhand einer Wirkungsabschätzung verzichtet.

Die Wirkungskategorien „Respiratory inorganics“, „Flächenverbrauch“, „Geruchsbelästigun-gen/Lärm“, „Belastungen am Arbeitsplatz“ sowie „Bedrohung von Naturschönheit und –vielfalt“ werden für die Ökobilanz nicht berücksichtigt, da die entsprechenden großtechni-schen Anlagen noch nicht realisiert sind und damit diese spezifischen Wirkungen heute nicht quantifiziert werden können.

Abwärme wird aus Gründen fehlender Relevanz für das untersuchte System nicht berücksichtigt. Das Abfallaufkommen wird als Flussgröße erfasst. Der anfallende Abfall wird behandelt und die resultierenden Umweltbelastungen in den entsprechenden Wirkungskategorien quantifiziert.

Nachfolgend werden die in der Ökobilanz verwendeten Wirkungskategorien vorgestellt.

Hinsichtlich des Verbrauchs an Ressourcen wird einerseits der Verbrauch an energeti-schen Ressourcen über den Kumulierten Energie-Aufwand (KEA, engl. Cumulative Energy Demand, CED) abgebildet. KEA ist ein Maß für den gesamten Verbrauch an energetischen Ressourcen, die für die Bereitstellung eines Produktes oder einer Dienstleistung benötigt werden. Im KEA enthalten ist auch der Energiegehalt, der im Produkt selbst enthalten ist. Der KEA weist generell alle nicht erneuerbaren und erneuerbaren energetischen Ressourcen als Primärenergiewerte aus. In der vorliegenden Ökobilanz werden mit dem KEA gesamt sowohl die nicht erneuerbaren als auch die erneuerbaren energetischen Ressourcen berücksichtigt. Zur Berechnung wird der untere Heizwert der verschiedenen Energieträger angesetzt. Der Verbrauch an abiotischen Ressourcen mineralischen Typs ist bzgl. der betrachteten Recyclingverfahren ebenfalls eine wichtige Wirkungskategorie, da die betrachteten Recyclingverfahren auf die Rückgewinnung wertvoller Sekundärmetalle zielen und damit primäre Metallressourcen einsparen sollen. Hierfür wurde für Ökobilanzen der Wirkungsparameter ADP elementar (abiotic depletion potential, ADPelem.) entwickelt. In der vorliegenden Studie wird die Definition des ADPelem. aus der Basismethode des Dutch LCA Handbook [Guinée et al. 2001] mit den Charakterisierungsfaktoren nach [CML 2010] verwendet. Das ADPelem. berechnet sich dementsprechend als Quotient aus der Extraktions-rate einer Ressource und dem Quadrat der „ultimate reserve“2 dieser Ressource (ADPelem,ur).

2 Weitestgehende Definition von Reserve.


16

Bezogen wird auf Antimonäquivalente. Da im Update der Charakterisierungsfaktoren nach [CML 2016] in GaBI gewisse Inkonsistenzen vorhanden waren, werden beim ADPelem, die Faktoren von 2015 verwendet ([CML 2015]).

Die Charakterisierungsfaktoren für die in dieser Studie relevanten Metalle sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.

Tabelle 3-1: Charakterisierungsfaktoren für den ADPelem

Element ADP (kg-Sb-eq. / kg)

Aluminium 1,09E-09

Chrom 4,43E-04

Kobalt 1,57E-05

Kupfer 1,37E-03

Gold 5,20E+01

Eisen 5,24E-08

Lithium 1,15E-05

Mangan 2,54E-06

Nickel 6,53E-05

Die Berechnung des Treibhauspotenzials (GWP) in Form von CO2-Äquivalenten wird allge-mein anerkannt. Mit dem Intergovernmental Panel of Climate Change (IPCC) besteht zudem ein internationales Fachgremium, das sowohl die Methode als auch die entsprechenden Kennzahlen für klimawirksame Substanzen errechnet und fortschreibt. Bei der Berechnung von CO2-Äquivalenten wird die Verweilzeit der Gase in der Troposphäre berücksichtigt; daher stellt sich die Frage, welcher Zeitraum der Klimamodellrechnung für die Zwecke der Ökobilanz verwendet werden soll. ISO TS 14067 [ISO 2013] legt die Modellierung auf der 100-Jahre-Basis fest. Die in den Berechnungen des Treibhauspotenzials berücksichtigten Substanzen werden mit ihren CO2-Äquivalenzwerten nach [IPPC 2013] bewertet.

Die Eutrophierung steht für eine Nährstoffzufuhr im Übermaß, sowohl für Gewässer als auch für Böden. Im vorliegenden Projektzusammenhang wird der Nährstoffeintrag über Luft und Wasser (bzw. Boden) betrachtet. Das Eutrophierungspotenzial (EP) von Nährstoff-emissionen wird hierbei durch die Aggregation von Phosphat-Äquivalenten nach [CML 2016] ermittelt.


17

Eine Versauerung kann ebenfalls sowohl bei terrestrischen als auch bei aquatischen Systemen eintreten. Verantwortlich sind die Emissionen säurebildender Abgase. Die Berech-nung erfolgt in Form von Säurebildungspotenzialen (AP, [CML 2001]) mit den Charakteri-sierungsfaktoren nach [CML 2016].

Die Wirkungskategorie Photooxidantien (Photochemical Ozone Creation Potential, Photo-chemisches Oxidantienbildungspotenzial, POCP) bildet die Entstehung von Sommersmog oder bodennahem Ozon ab. Ozon führt zu Wald- und Vegetationsschäden. In höheren Konzentrationen ist es humantoxisch (Reizung der Atmungsorgane, Asthma, Husten und Augenreizung) [Schmid 2006]. Die Ozonbildung ist ein komplexer Prozess, bei dem den Kohlenwasserstoffen ein Ozonbildungspotenzial zugewiesen werden kann. Genaue Poten-ziale gelten nur für eine definierte Umgebung mit einer bestimmten Lichtintensität, einer bestimmten NOx-Konzentration und definierten meteorologischen Bedingungen. In der Ökobilanzierung werden als Mittelwerte die Wirkfaktoren nach [CML 2016] angesetzt, die auf 1 kg Ethylen-Äquivalent bezogen werden.

Die von der EU-Komission vorgeschlagenen Indikatoren und Methoden zum Product and Organisation Environmental Footprint [EC 2014] wurde in dieser Studie nicht angewendet, da bei PEF/OEF derzeit noch Widersprüche zur ISO-Norm 14044 bestehen (siehe [Lehmann 2015]).

3.2.7. Methoden der Auswertung

Die Auswertung wird entsprechend der in ISO 14040/44 geforderten Bestandteilen durch-geführt. Diese umfasst:

Identifizierung der signifikanten Parameter auf der Grundlage der Ergebnisse der

Sachbilanz und Wirkungsabschätzungsphasen der Ökobilanz;

eine Beurteilung, die die Vollständigkeits-, Sensitivitäts- und Konsistenzprüfungen

berücksichtigt;

Schlussfolgerungen, Einschränkungen und Empfehlungen.

3.2.8. Konformität und kritische Prüfung

Die vorliegende Ökobilanz wurde entsprechend den einschlägigen Vorgaben der ISO 14040/14044 sowie ISO TS 14071 durchgeführt. Wie in Abschnitt 3.1 ausgeführt, entfallen die spezifischen Anforderungen an vergleichende Ökobilanzen, da Vergleiche unterschiedlicher Recycling-verfahren nicht intendiertes Ziel der vorliegenden Ökobilanzstudie ist. Die Arbeiten zur Ökobilanz wurden durch einen unabhängigen, externen Critical Reviewer (Prof. Dr. Finkbeiner), der auf einschlägige und umfassende Kenntnisse und Erfahrungen der methodischen Anforderungen an Ökobilanzen und deren Weiterentwicklung verweisen kann, begleitet und mit Empfehlungen unterstützt. Die Prüfung erfolgte gemäß Abschnitt 6.2 der ISO 14044 begleitend zur Studie. Eine Validierung des LCI-Modells oder die Verifizierung der verwendeten Daten war nicht Gegenstand der Prüfung. Das die Prüfaussage enthaltende Gutachten wird in den Anhang des Berichtes aufgenommen.


18

3.2.9. Einschränkungen, Verwendung und Zielgruppen

Als wesentliche Einschränkung bzgl. der Ergebnisse der vorliegenden Ökobilanzstudie ist darauf zu verweisen, dass es sich um in Entwicklung befindliche Recyclingverfahren handelt und demnach die Mehrzahl der Sachbilanzdaten aus Laborversuchen abgeleitet wurde und somit Daten aus industriellem Betrieb noch fehlen. Eine weitere Einschränkung besteht in der Vielfalt in der Zusammensetzung der in Frage kommenden Lithium-Ionen-Batterien und der auf die Zukunft nicht einfach zu prognostizierenden Marktentwicklungen hierzu. Nichtsdestoweniger wurde in konstruktiver und gemeinsamer Arbeit der Partner der beiden Projekte EcoBatRec und Lithorec II diese Einschränkung durch die Abstimmung auf eine geeignete generische Zusammensetzung der Lithium-Ionen-Batterien soweit wie möglich adressiert.

Die Ergebnisse der Ökobilanz gelten nur für den gewählten EoL-Ansatz, dass die gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien lastenfrei ins Recycling gehen.

Die Sachbilanzdaten werden aus Konsistenzgründen primär aus der GaBi- Datenbank (Version 6.0) entnommen. Für diese Ökobilanz werden die Datensätze aus der Professional Datenbank und der Zusatzdatenbank „Anorganische Vorprodukte“ verwendet. Für darin fehlende Datensätze, die für diese Ökobilanz notwendig sind, werden Daten aus der Datenbank ecoinvent v3.1 eingesetzt:

Wenn sich zukünftig die Batteriezusammensetzung, die Herstellprozesse der Batteriematerialien oder die darin enthaltenen Energiemixe ändern, kann sich das auf das Ergebnis der Ökobilanz sowohl positiv als auch negativ auswirken. Nimmt man beispielsweise an, dass Lithium zukünftig mit höherer Umweltbelastung abgebaut wird, wenn andere Quellen erschlossen werden, würden die Gutschriften höher ausfallen. Eine Berücksichtigung der zukünftig höheren Anteile an erneuerbaren Energien hätte den gegenläufigen Effekt.

Eine wichtige Zielgruppe für die Ökobilanzstudie sind die Verbundpartner des LCA-Li-Bat-Recycling-Projekts selbst, die sowohl Recycler als auch Anwender von Lithium-Ionen-Batterien umfassen.

Eine weitere Zielgruppe für die Ergebnisse stellen das fördernde Bundesministerium für Bildung und Forschung selbst und die interessierte Fachöffentlichkeit dar. Für die Politik sind vor allem Erkenntnisse bzgl. noch offenen Forschungsbedarfs und ggf. entsprechend weiterer Förder- und Entwicklungsprogramme zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien wichtig.

3.2.10. Art und Aufbau des für die Studie vorgesehenen Berichts

Wie in Abschnitt 2 beschrieben, orientiert sich die Art und der Aufbau des Berichts (Abschnitte 3, 4, 5 und 6) konsequent an den vier Phasen einer Ökobilanz.

Nach Absprache mit den Projektpartnern soll dieser Bericht als Ganzes publiziert werden.


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4. Sachbilanz

4.1. Prozessbeschreibung

Das EcoBatRec-Verfahren gliedert sich in vier Hauptprozessschritte:

Demontage

Thermische Behandlung

Mechanische Behandlung

Verdampfung

Im Demontageschritt werden die Batterien zunächst von Hand nach Batterietyp sortiert.

Die Module werden sodann in Einzelkomponenten zerlegt. Als Output, der zum nächsten

Prozessschritt weitergeleitet wird, fallen hier die geschlossenen Zellen an. Die anderen

Wertkomponenten (Batterie- und Modulgehäuse, Rahmen, Kabel) werden dem Recycling

zugeführt.

Die Zellen werden einer autothermen Vakuumpyrolyse unterzogen, wobei die gewonnen

Pyrolyseöle zur Gewinnung von Wärme genutzt werden.

In einer mechanischen Aufbereitung werden anschließend weitere Materialien aus den

pyrolisierten Zellen separiert, neben dem Aktivmaterial vor allem Kupfer und

Aluminiumbestandteile.

Aus dem abgetrennten Aktivmaterial wird im Rahmen eines Verdampfungsschrittes

(Schleppgasverdampfung (mit Stickstoff als Schleppgas) bzw. Vakuumverdampfung)

Lithiumoxid (Schleppgasverdampfung) bzw. Lithium in metallischer Form

(Vakuumverdampfung) gewonnen. Als Standardverfahren ist eine Schleppgasverdampfung

angesetzt, die Vakuumverdampfung wird in einer Sensitivität betrachtet.

Das verbliebene abgereicherte Elektrodenmaterial wird schließlich einer externen

Verwertung zugeführt. Hierfür wird in der vorliegenden Ökobilanz eine pyrometallurgische

Aufarbeitung des Materials nach dem LiBRi-Verfahren angenommen.

4.2. Datengrundlage

4.2.1. Spezifische Daten

Eine wesentliche Festlegung bezüglich der verwendeten spezifischen Daten war die Ei-

nigung auf eine generische Batteriezusammensetzung durch die LCA-Umbrellagruppe

(siehe auch Kapitel 3.2.1, funktionelle Einheit). Die generische Batteriezusammensetzung

wird als Eingangsstrom für die Bilanzierung des Batterierecyclings in beiden Verbünden

(EcoBatRec und LithoRec II) zugrunde gelegt. Hierbei wurde für die NMC-Batterien ein


20

Mittelwert aus Batterien stark unterschiedlicher Größe und Formen (Batterien für Hybrid-,

Plug-in-Hybrid- und vollelektrische Fahrzeuge) abgeleitet, die als Lithium-Ionen-Traktions-

batterien in Frage kommen. An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die

Batteriezusammensetzungen, die in der folgenden Tabelle aufgeführt sind, nicht die

Zusammensetzung definierter Batterien eines entsprechenden Herstellers

wiedergeben. Die diversen unterschiedlichen Formen und Größen der real am Markt oder in

Entwicklung befindlichen Batterien bestärkten das Projektteam in Abstimmung mit den

Mitgliedern der Umbrellagruppe LCA, vielmehr generische Durchschnittsdatensätze zu

bilden. Die Zusammensetzung der NMC-Batterien ist in Tabelle 4-1 dargestellt.


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Tabelle 4-1: Generische Zusammensetzung NMC-Batterien

Gehäuse Aluminium

Batterie Gesamt 100%

Pack + Modul Stahl (inkl. Schrauben) 7,3%

Kabel 1,1%

Elektronikbauteile (WEEE) 2,1%

Kunststoffe 5,7%

CFK 0%

Aluminium 18,5%

Zellgehäuse Al 5,1%

Anode Kohlenstoff 9,5%

Cu 10,1%

Sonstige 0,8%

Kathode Mn 7,4%

Li 1,2%

Co 1,0%

Ni 2,0%

Al 6,2%

Sauerstoff 5,5%

Sonstige 1,9%

Separatoren Kunststoffe 4,4%

Tabs Cu 0,5%

Al 0,1%

Sonstige 0,1%

Electrolyt Lösungsmittel 9,6%

Festlegung nach Umbrella-Meeting 1.10.2014


22

Für die Zusammensetzung der Elektronikbestandteile (vor allem des Batteriemanagementsystems, BMS) wurden Analysen aus dem Vorgängerprojekt LithoRec I verwendet, insbesondere zu den Gehalten an Kupfer, Nickel, Gold und Silber.

Die prozessspezifischen Daten für die bilanzierten Prozessschritte wurden von den jeweils dafür zuständigen Projektpartnern zur Verfügung gestellt. Tabelle 4-2 zeigt die Datenherkunft im Überblick. Im Unterschied zur Vorstudie von 2015 beruhen die Daten zur Mechanischen Behandlung nun nicht mehr auf Labordaten, sondern auf ersten Ergebnissen einer Demonstrationsanlage, die 2016 in Betrieb genommen wurde. Die Ausbeute ist in diesem Schritt im Vergleich etwas geringer, so dass sich die Mengenströme in allen nachfolgenden Schritten in einem gewissen Maß ändern. Aufgrund von Vertraulichkeitseinschränkungen können hier keine technischen Details zur Demonstrationsanlage ausgeführt werden.

Tabelle 4-2 Herkunft der prozessspezifischen Daten

Prozessschritt Datenquelle Maßstab des Prozesses

Demontage Accurec Labormaßstab/Demonstrationsanlage

Thermische Behandlung Accurec Labormaßstab

Mechanische Behandlung Accurec Demonstrationsanlage

Verdampfung RWTH Aachen Labormaßstab

4.2.2. Generische Datensätze

Eine Übersicht über die verwendeten generischen Datensätze gibt Annex 1.

Aufgrund des Wunsches von Projektteilnehmern wurde als Bilanzierungswerkzeug die Bilanzierungssoftware „GaBi“ eingesetzt, um Projektergebnisse auch „in-house“ weiter-verwenden zu können. Diese Vorgehensweise hat aus pragmatischen Gründen zu folgender Auswahl der Datensätze geführt:

In der Regel werden Datensätze aus GaBi v6.0 verwendet, wobei diese sich teilweise auf Industriedaten stützen. Für diese Ökobilanz werden die Datensätze aus der Professional Datenbank und der Zusatzdatenbank „Anorganische Vorprodukte“ aus GaBi v6.0 verwendet. Für darin fehlende Datensätze, die für diese Ökobilanz notwendig sind, werden Daten aus der Datenbank ecoinvent v3.1 eingesetzt: Dies gilt insbesondere für die Datensätze zum Metallrecycling (z. B. Kupfer), teilweise auch für die Primärgewinnung. Aus Gründen der Konsistenz wird daher für Metalle stets die ecoinvent-Datenbank verwendet.

Deswegen wird das Basisszenario mit der Gutschrift für die Primärgewinnung von Kobalt aus der ecoinvent-Datenbank modelliert, obgleich dieser Datensatz ausweislich als Hilfsprozess, d. h. mit geringer Qualität, gekennzeichnet ist.

Der geographische Bezug der Datensätze wird nach Möglichkeit landesspezifisch, sonst europäisch oder global (in dieser Priorisierung) gewählt. Hierbei ist zu beachten, dass,


23

obwohl z. B. die Buntmetallproduktion die globalen Prozesse beinhaltet, landestypische Import-Mixe verwendet werden.

Für die Hilfsstoffe wird mit Datensätzen „Produktionsmix ab Hersteller“ gearbeitet und jeweils ein Transport zum Einsatzort vorgesehen.

Für den Transport der Hilfsstoffe, der Wertstoffe aus der Batteriezerlegung zum Recycling und der Zellen wird ein LKW mit einem zulässigen Gesamtgewicht (zGG) von größer 34-40 t angenommen. Für den Antransport der Batterien wird ein geringeres zGG (12-14 t) verwendet, da die Batterien möglicherweise noch geladen sind und dezentral anfallen. Der Transport der festen Rückstände aus den Prozessen zur Deponie wird mit einem LKW mit einem zGG von 14-20 t modelliert. Alle LKW werden als dieselbetrieben, Euro 3 angenommen. Weitere Ausführungen zur Modellierung der Transporte können Kapitel 4.2.3 entnommen werden.

Für die Energieversorgung (Strom, Prozessdampf, Erdgas) werden Datensätze „Verbrauchs-mix, beim Verbraucher“ zugrunde gelegt. Druckluft wird mit „Produktionsmix, ab Werk“ beschrieben, da davon ausgegangen werden kann, dass sie vor Ort erzeugt wird. Bei der Stromversorgung wird für Industriebetriebe eine Spannungsebene von 1kV-60kV angenommen. Für die Stromgutschrift wird ebendiese Spannungsebene verwendet.

Für Diesel wird ein Datensatz „Verbrauchsmix, ab Raffinerie“ verwendet, der Transport zum Verbraucher wird vernachlässigt. Es wird von einem Schwefelanteil von 50 ppm ausgegangen.

4.2.3. Modellierung der Transporte

Für alle Güterbewegungen wird ausschließlich der Transport per LKW (dieselbetrieben, EURO 3) angesetzt, wofür Datensätze aus GaBi v6 verwendet werden. Die wesentlichen Annahmen sind für die einzelnen Transportgüter in Tabelle 4-3 aufgelistet.


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Tabelle 4-3: Annahmen bei der Modellierung der Transporte

Transportgut

zGG / Nutzlast

(t)

Beladung

(%)

Distanz, einfach

(km)

Leerfahrten-

Anteil

(%)

Ganze Batterien

12-14 / 9,3 70 300 100

Wertstoffe zum Recycling

> 34-40 / 27 100 2503/5004 15

Hilfsstoffe (als Bulkgüter)

> 34-40 / 27 63 200 60

Flüssige Rückstände zur SMV

> 34-40 / 27 75 50 100

Feste Rückstände zur SMV

> 34-40 / 27 100 50 100

Feste Rückstände zur Deponie

14-20 / 11,4 100 30 100

Die Batterien müssen aus Sicherheitsgründen in Absorptionsmaterial verpackt transportiert werden, hierfür wird Sand verwendet, da dieser die beste Wärmeabfuhr ermöglicht, der Massenanteil wird in dieser Studie kalkuliert mit 25 %. Da ein weiterer Abschlag für nicht vollständige Auslastung vorgesehen, ergibt sich daraus die Beladung von 70 %. Die Distanzen sind jeweils ein Schätzwert für den mittleren Transport aus einer dezentralen Autowerkstatt zur Recyclinganlage. Da es sich vermutlich um speziell ausgerüstete Fahrzeuge handelt, wird in beiden Fällen von einer leeren Rückfahrt ausgegangen. Die Transporte der Zellen nach dem Entfernen des Gehäuses, der aus den Zellen ausgelösten Kathode sowie der Transport der Kathodenbeschichtung werden für die Bilanzierung vernachlässigt, da davon ausgegangen wird, dass Zerlegung, Kathodenseparation und hydrometallurgische Aufbereitung am gleichen oder zumindest an sehr nahegelegenen Standorten durchgeführt werden.

Für die Hilfsstoffe wird mit einer pauschalen Transportdistanz von 200 km gerechnet. Beladung und Leerfahrtenanteil werden nach den Angaben von Ecotransit für Bulkchemi-kalien angesetzt [Ecotransit, 2010]. Für den Transport von Rückständen zur Sondermüll-

3 Für Aluminium und Edelstahl 4 Für Kupfer, BMS, Kunststoff (PA 6)


25

verbrennung werden eine Transportdistanz von 50 km sowie eine leere Rückfahrt zugrunde gelegt. Für flüssige Rückstände wird die Beladung mit nur 75 % angenommen, um dem besonderen Aufbau des LKW Rechnung zu tragen. Der Transport von festen Rückständen zur Deponie erfolgt angenommenerweise über 30 km Entfernung in einem vollen LKW mit leerer Rückfahrt.

Die Gutschriften erfolgen ab Werk, das heißt, dass in den Gutschriften keine Transporte von der Produktionsstättezum Verbraucher enthalten sind wird.

4.2.4. Modellierung der Gutschriften

Für das Gesamtergebnis der Ökobilanz ist die Bewertung des Materialrecyclings entscheidend. Daher kommt der Modellierung des Recyclings, d. h. der Gutschriften, eine sehr hohe Bedeutung zu. Dies betrifft sowohl die ingenieurmäßige Entscheidung der „Äquivalenz“ von Rezyklat und Primärmaterial als auch die Auswahl der entsprechenden Ökobilanzprozesse aus den Ökobilanzierungsdatenbanken.

Das Recycling von Lithiumbatterien nach dem EcoBatRec-Verfahren wird in vier Schritten vollzogen. Im ersten Schritt wird die Batterie in Gehäuse, Elektronik und Zellen zerlegt. Im zweiten Schritt werden die Zellen pyrolisiert, im dritten Schritt die pyrolisierten Zellen mechanisch separiert. Im vierten Schritt wird in einem Verdampfungsschritt Lithium aus dem Aktivmaterial gewonnen. Das verbleibende Elektrodenpulver wird sodann pyrometallurgisch weiterverarbeite.

Die aus den Operationen erhaltenen Materialien werden konfektioniert, d. h. sie werden in verschiedenen Prozessen so behandelt, dass ihre chemisch-physikalischen Eigenschaften den Eigenschaften von Primärmaterialien entsprechen. Sind diese Eigenschaften nur partiell gegeben, kann ein Bewertungsabschlag vorgenommen werden. Für die thermische Verwertung werden die Energieträger (Strom etc.) gutgeschrieben.

In der vorliegenden Tabelle werden die rezyklierten Materialien (Materialien), der Recycling-prozess (Recyclingprozess) und der zur Gutschrift herangezogene Primärprozess (Primärprozess) aufgeführt. In einer zusätzlichen Spalte (Bemerkung) wird vermerkt, ob der angeführte Prozess aus der Ökobilanzierungsdatenbank unverändert (ohne Zusatz) oder adaptiert worden ist.

Die eingesetzten Prozesse aus der Ökobilanzierungsdatenbank sind im Annex 1 dokumentiert.


26

Tabelle 4-4 Gegenüberstellung der rezyklierten Materialien, des angelasteten Recyclingprozesses sowie der für das Recyclingmaterial erteilten Gutschrift

Materialien Recyclingprozess Gutschrift Bemerkung

Aluminum Sekundäraluminium

(Aufarbeitung und

Umschmelzen)

EU-Verwendungsmix

Primäraluminium

Datensätze nach EAA

[EAA 2008]

BMS (Elektrik/Elektronik) Leiterplattenrecycling auf

Kupfer, Nickel, Gold,

Silber

Primärgewinnung der

Metalle

(1): Adaption des

Metallgehaltes nach eig.

Laboruntersuchung

Kupfer Sekundärkupfer Primärkupfer (2) Adaption des

Primärkupferprozesses

Edelstahl Elektro-Edelstahl Edelstahl aus Blaswerk (3) Adaption Elektrostahl

auf 100 % Edelstahlinput

Kunststoffhalterungen PA

6

Kunststoffaufbereitung PA

6

Primärkunststoffherstellung

PA 6

(4) Modellierung Rezyklat

nach IFEU [IFEU 2002]

Kobaltsulfat in

Mischsalzlösung

Primärdaten des

Projektes

Primärgewinnung: Kobalt +

Umsetzung mit H2SO4 zu

CoSO4

(5) Stöchiometrische

Umsetzung

Nickelsulfat in

Mischsalzlösung

Primärdaten des

Projektes

Primärgewinnung: Nickel +

Umsetzung mit H2SO4 zu

NiSO4


Umsetzung

Mangansulfat in

Mischsalzlösung

Primärdaten des

Projektes

Primärgewinnung: Mangan

+ Umsetzung mit H2SO4 zu

MnSO4


Umsetzung

Lithium Primärdaten des

Projektes

Primärgewinnung: Lithium Brines (Chile)

Das Edelstahlgehäuse kann als hochwertiger Schrott eingestuft werden. Der vorhandene

Edelstahl-Elektrostahlprozess ist aber untauglich, da er wie der Blasstahlprozess auf

primäres Nickel-/Chromerz zurückgreift. Um den Schrottprozess zu modellieren, wird daher

auf den klassischen, schrottbasierten Elektrostahl zurückgegriffen.

Kupfer fällt beim Dismantling der Batterie als metallisches Kupfer an. Die Modellierung sieht

hier den Sekundärkupferprozess vor. Für die Gutschrift werden die Primärkupferprozesse


27

aus dem ecoinvent-Datensatz „RER: Kupfer, ab Regionallager“, bereinigt um ihre

Sekundärkupferanteile, genutzt.

Die nasschemische Aufbereitung von Kobalt, Mangan und Nickel aus dem

Altelektrodenmaterials führt zu den Sulfaten der Metalle. Nach Reinigung liegen die drei

Metalle in der Sulfatlösung vor und können ohne weitere Behandlung (allerdings unter

Zugabe von Frischmaterial) in der Neuelektrodenmaterialherstellung genutzt werden. Für alle

drei Metalle gelten normalerweise die Sulfate als Einsatzmaterial, die auch industriell durch

Auflösung in Schwefelsäure gewonnen werden. Zur Gutschrift dieser Metallsulfate werden

die Metalle aus ihrer primären Herstellung durch Umsetzung mit stöchiometrischen Mengen

an Schwefelsäure berechnet. Aus Konsistenzgründen wird die Kobalt-Gutschrift mit der

Primärgewinnung von Kobalt aus der ecoinvent-Datenbank modelliert, obgleich dieser

Datensatz ausweislich als Hilfsprozess, d. h. mit geringer Qualität, gekennzeichnet ist.

Die Aufwendungen für das Recycling von PA 6 sind mit Daten zum PS-Recycling von

Produktionsabfällen modelliert, die aus einer Studie von IFEU stammen [IFEU 2002]. Die

Gutschrift erfolgt auf Basis von Virgin-PA 6.

Die Elektronikbauteile der Batterie (BMS) bestehen aus Leiterplatten mit messtech-

nischen und elektrischen Einheiten. Beispielhafte BMS wurden im Vorgängerprojekt

LithoRec I auf gewinnbare Metalle beprobt. Die zur Verfügung stehenden Daten wurden

genutzt, um den Prozess „Leiterplattenrecycling/ecoinvent“ zu kalibrieren. Der Prozess

umfasst die Aufbereitung/Abtrennung. Als Herstellungsprozesse der Metalle wurden die

entsprechenden Sekundärprozesse ausgewählt.

4.3. Einschätzung der Datenqualität

Die Datenqualität kann aufgrund der Datenherkunft näher diskutiert werden. Dazu können die eingesetzten Daten klassifiziert werden:

Sekundärdaten aus validierten Datenbanken (Strom, Hilfsstoffe, Metalle etc.),

Primärdaten von Projektteilnehmern auf Basis von etablierten Prozessen,

Primärdaten von Projektteilnehmern auf Basis von eigenen Untersuchungen anhand

von Labordaten bzw. Daten aus einer Demonstrationsanlage.

Die Datenqualität von Sekundärdaten ist im Allgemeinen angemessen, wenngleich für Buntmetalle hier Einschränkungen vorliegen. Die Abdeckung der weltweiten Produktion ist nicht vollständig und Emissionen, insbesondere von Luftschadstoffen, können lokal deutliche Unterschiede aufweisen.

Primärdaten auf Basis von etablierten Prozessen sind im Allgemeinen ebenfalls als gut zu bezeichnen.


28

5. Ergebnisse der Wirkungsabschätzung

Die Ergebnisse werden nach den vorherigen beschriebenen Routen geordnet. Die berücksichtigten Wirkungskategorien umfassen: GWP, AP, EP, POCP, ADP elem., CED total. Neben den absoluten Ergebnissen in den genannten Wirkungskategorien werden auch normierte Ergebnisse gezeigt.

5.1. Treihauspotenzial (GWP)

Abbildung 5-1: GWP

Im ersten Schritt des EcoBatRec-Verfahrens, der Batterie- und Modulzerlegung, entsteht durch die Demontage selbst ein geringer Beitrag zum GWP durch den Strombedarf. Sehr große Effekte zeigen sich beim Recycling der Wertmetalle und des Kunststoffs, wobei die Gutschriften für das Recyclingmaterial die Lastschriften für die Recyclingprozesse deutlich überwiegen (siehe Abbildung 5-1). Insbesondere treten hier hohe Gutschriften für Aluminium, Edelstahl und Kunststoff auf. Dies ist zum einen durch die mengenmäßig hohen Beiträge der Materialien begründet, zum anderen spiegelt sich darin der Aufwand wider, der für die primäre Herstellung von Aluminium, Edelstahl und Polyamid (hier PA 6) nötig ist. In der Gesamtheit ergibt sich dadurch für den ersten Recyclingschritt eine deutliche Nettogutschrift.

Bei der thermischen Behandlung resultieren die wesentlichen Treibhausgasemissionen aus den direkten CO2-Emissionen aus dem Prozessschritt, eine kleine Gutschrift entsteht hier


29

durch die Nutzung der Abwärme. Insgesamt entsteht jedoch in diesem Schritt netto eine negative GWP-Bilanz.

Im dritten Schritt, der mechanischen Weiterzerlegung des Materials, entstehen Lasten durch den Stromverbrauch und durch die Recyclingprozesse, vor allem durch das Kupferrecycling. Hohe Gutschriften für das wiedergewonnene Kupfer und Aluminium führen aber auch hier zu einer Nettogutschrift für den Prozessschritt.

Bei der Verdampfung führt der Stromverbrauch wiederum zu einer Last, die durch die Gutschrift für das rückgewonnene Lithium nicht ausgeglichen werden kann.

Bei der pyrometallurgischen Aufbereitung des Elektrodenpulvers entstehen Nettoemissionen aus direkten CO2-Emissionen und dem Energie- und Hilfsstoffeinsatz. Die Lastschriften liegen deutlich höher als die Gutschriften durch die Rückgewinnung von Cobalt und Nickel.

Insgesamt überwiegen beim EcoBatRec-Verfahren die Gutschriften bei den Treibhausgasemissionen aber deutlich.

Das Treibhauspotenzial wird zu 80% von CO2, zu 5% von Lachgas und zu 6% von Methan bestimmt.

5.2. Versauerungspotenzial (AP)

Abbildung 5-2: AP: NMC Batterien mit Al-Gehäuse


30

Beim Versauerungspotenzial entstehen die wesentlichen Gutschriften im Demontageschritt durch das Recycling des Aluminiums, des Kupfers, des Edelstahls und des Kunststoffes (siehe Abbildung 5-2). Das Recycling des BMS hat hier einen geringeren Einfluss.

Die merklichen Gutschriften für Kupfer in dieser Wirkungskategorie zeigen sich auch bei der mechanischen Aufbereitung.

Deutliche Gutschriften treten auch bei der pyrometallurgischen Aufbereitung auf. Diese sind insbesondere auf das Nickelrecycling zurückzuführen, da dieses in der Primärherstellung aus sulfidischen Erzen gewonnen wird, wobei ein hohes Versauerungspotenzial besteht.

Das Versauerungspotenzial zu 91% von SO2 und zu 6% von NOx bestimmt.

5.3. Eutrophierungspotenzial (EP)

Abbildung 5-3: EP: NMC Batterien mit Al-Gehäuse

Ähnliche Effekte wie beim Versauerungspotenzial zeigen sich auch beim Eutrophierungspotenzial (EP, Abbildung 5-3). Die deutlichen Gutschriften stammen aus dem Recycling von Aluminium, Kupfer und Edelstahl. Bei der pyrometallurgischen Aufbereitung resultieren beim EP wie bei GWP und AP, Umweltlasten aus dem Hilfsstoff- und Energieinput, die aber durch die Gutschriften aus der Cobalt- und Nickelrückgewinnung kompensiert werden können.


31

Das Eutrophierungspotenzial zu 41% von NOx, zu 18% von Phosphat und zu 9% von Ammoniak bestimmt.

5.4. Photochemisches Oxidantienbildungspotenzial (POCP)

Abbildung 5-4: POCP: NMC Batterien mit Al-Gehäuse

Auch beim Bildungpotenzial photochemischer Oxidantien (POCP, siehe Abbildung 5-4) resultieren aus dem Recyclingprozess deutliche Gutschriften aus dem Metallrecycling, denen deutlich geringere Lasten gegenüberstehen. Die Lasten bei der pyrometallurgischen Aufbereitung kommen aus dem Hilfsstoff- und Energieinput, durch die Gutschriften aus der Cobalt- und Nickelrückgewinnung gibt es aber auch für diesen Schritt eine Nettogutschrift.

Das Photochemische Ozonbildungspotenzial zu 71% von Schwefeldioxid, zu 12% von NMVOC und zu 4% von Kohlenmonoxid bestimmt.


32

5.5. Elementarer Ressourcenverbrauch (ADP elem.)

Abbildung 5-5: ADP, elem.: NMC Batterien mit Al-Gehäuse

Bei der Batterie- und Moduldemontage fallen Wertschrotte an (z. B. Kupfer, Nickel, Gold, Silber aus dem BMS, Kupfer aus Kabeln, Edelstahl aus dem Gehäuse), die nach dem Recycling durch die dadurch bedingte Vermeidung der Primärextraktion zu hohen Gutschriften beim elementaren Ressourcenverbrauch führen (siehe Abbildung 5-5). Dabei sind die Gutschriften für die Metalle aus dem BMS sehr deutlich, da es sich insbesondere bei Gold und Silber um in dieser Wirkungskategorie hochbewertete Metalle handelt. Im Vergleich zu den Gutschriften fallen bei der Demontage keine relevanten Lastschriften an, was insgesamt zu einer deutlichen Nettogutschrift führt.

Bei der mechanische Zerlegung gibt es eine Last durch den Sekundärkupferprozess, die allerdings durch die recht hohen Gutschriften für das zurückgewonnen Kupfer deutlich kompensiert werden.

Trotz der Rückgewinnung der Aktivmaterialien sind in den Schritten Lithium-Verdampfung und pyrometallurgische Aufbereitung die Gutschriften beim ADPelem. nicht signifikant. Dies liegt daran, dass Kobalt, Nickel, Mangan und Lithium z. B. im Vergleich zum Kupfer in dieser Wirkungskategorie niedriger bewertet sind. Der wesentliche Beitrag zur Nettogutschrift in diesem Prozessschritt entsteht durch die Rückgewinnung von Kobalt- und Nickelverbindungen.


33

Der Verbrauch elementarer Ressourcen wird zu 41% vom Verbrauch an Kupfer, zu 15% von Verbrauch an Gold und zu 11% von Silberverbrauch bestimmt.

5.6. Kumulierter Energieaufwand (CED total)

Abbildung 5-6: CED, total: NMC Batterien mit Al-Gehäuse

Bei der Demontage stammen beim Kumulierte Energieaufwand (CED, siehe Abbildung 5-6) wie beim GWP die wesentlichen Gutschriften aus dem Aluminium-, Edelstahl- und Kunststoffrecycling. Die Lastschriften aus dem Aluminiumrecycling sind geringer, so dass eine hohe Nettogutschrift resultiert.

Bei der mechanischen Zerlegung zeigt der CEDtotal deutliche Beiträge aus dem Aluminium- und Kupferrecycling, aber auch Gutschriften durch die zurückgewonnenen Metalle.

Im Schritt Lithium-Verdampfung gibt es eine Nettogutschrift durch die Lithiumrückgewinnung.

Bei der pyrometallurgischen Aufbereitung resultieren Umweltlasten aus dem Hilfsstoff- und Energieinput, die nicht durch die Gutschriften aus der Cobalt- und Nickelrückgewinnung kompensiert werden können.

Der Primärenergieverbrauch zu 18% Erdgas-, zu 21% Erdöl- und zu 20% vom Steinkohleverbrauch bestimmt.


34

5.7. Vergleich der Ergebnisse von 2016 mit denen von 2015

In Tabelle 5-1 werden die Ergebnisse der aktualisierten Studie den Ergebnissen der Vorgängerstudie von 2015 gegenübergestellt. In allen untersuchten Wirkungskategorien liegen die Nettogutschriften aufgrund der etwas geringeren Ausbeute niedriger als 2015.

Tabelle 5-1: Vergleich der Ökobilanz-Ergebnisse 2016 und 2015

Wirkungskategorie 2015 2016 Prozentuale

Veränderung

GWP (kg CO2-eq./t) -2954 -2841 -3,8%

AP(kg SO2-eq./t) -77,1 -62,0 -19,5%

EP (kg PO4-eq./t) -2,9 -2,5 -12,1%

POCP (kg ethyl.-eq./t) -3,8 -3,2 -17,3%

ADP elem. (kg Sb-eq./t) -0,4 -0,3 -11,3%

CED total (MJ/t) -58089 -55281 -4,8%

6. Auswertung

Das folgende Kapitel wertet die in Kapitel 5 dargestellten Ergebnisse aus. Hierzu werden zunächst Parameter und Annahmen, die die Ergebnisse der Ökobilanzen wesentlich beeinflussen, herausgearbeitet und diskutiert (Kapitel 6.1). Davon ausgehend wird die Rele-vanz der Aussagen der Ökobilanzen beurteilt: Hierfür erfolgt zunächst die Prüfung der Vollständigkeit (Kapitel 6.2.1), darauf folgend die Analyse der Beeinflussung des Ergeb-nisses durch variierte Einflussgrößen (Sensitivitätsanalysen, Kapitel 6.2.2) und eine Erörterung der Konsistenz der Ergebnisse (Kapitel 6.2.3). Abschließend geht Kapitel 6.3 zusammenfassend auf Schlussfolgerungen, Einschränkungen und Empfehlungen ein, die sich aus den Ökobilanzen ergeben.

6.1. Identifizierung der signifikanten Parameter

In allen Wirkungskategorien zeigen die Gutschriften für die zurückgewonnenen Metalle (Aluminium, Edelstahl, Kupfer, Edelmetalle, Nickel) einen signifikanten Einfluss auf das Gesamtergebnis.Den Einfluss der Recyclingstufen auf die untersuchten Wirkungskategorien zeigen, jeweils berechnet für die Last- und die Gutschriften Tabelle 6-1.


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Tabelle 6-1: Einfluss der Recylingstufen auf die Ergebnisse der Wirkungskategorien (getrennt nach Gut- und Lastschrift)

Wirkungskategorie Lastschrift Gutschriftt

GWP Anfahrt 6%

Demontage 15% 65%

Thermisch 17% 0%

Mechanisch 35% 31%

Verdampfung 14% 4%

Pyrometallurgie 13% 0%

AP Anfahrt 8%

Demontage 13% 24%

Thermisch 1% 0%

Mechanisch 76% 39%

Verdampfung 2% 1%


EP Anfahrt 20%

Demontage 22% 37%

Thermisch 1% 0%

Mechanisch 53% 36%

Verdampfung 3% 16%


POCP Anfahrt 12%

Demontage 18% 29%

Thermisch 1% 0%

Mechanisch 67% 40%

Verdampfung 3% 1%



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ADP elem. Anfahrt 0%

Demontage 6% 49%

Thermisch 0% 0%

Mechanisch 94% 51%

Verdampfung 0% 0%


CED total Anfahrt 7%

Demontage 23% 63%

Thermisch 2% 0%

Mechanisch 49% 33%

Verdampfung 8% 4%


Ein wichtiger Parameter ist zudem der gewählte EoL-Allokationsansatz. Dieser sieht vor, dass die gebrauchten Batterien in die Bilanzierung als lastenfreier Input in das Recycling gehen. Da nach heutigem Stand praktisch noch kein Recycling in nennenswertem Umfang stattfindet, wurde von einer Sensitivitätsrechnung mit einer anderen Methode abgesehen.

6.2. Beurteilung

Um die Aussagekraft der erstellten Ökobilanzen zu prüfen, werden in den folgenden Abschnitten die Bilanzergebnisse nach den Kriterien Vollständigkeit, Sensitivität gegenüber der Variation von Einflussgrößen (siehe auch Kapitel 6.1) und Konsistenz untersucht und ausgewertet.

6.2.1. Vollständigkeitsprüfung

Für die vorliegende Ökobilanz wurden Daten zu allen für das Batterierecycling relevanten Prozessschritten erhoben. Alle Materialströme aus den Batterien wurden vollständig erfasst und über die beschriebenen Prozessschritte verfolgt. Für die Prozessschritte Demontage, Zellzerlegung, Separation des Aktivmaterials und pyrometallurgische Aufbereitung ist die Datenlage als befriedigend bis gut zu betrachten, da sie sich auf Verfahren im Pilotmaßstab stützt.


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6.2.2. Sensitivitätsprüfung

Im Rahmen des Vorgängerprojekt (EcoBatRec, siehe [Buchert et al. 2015b]) wurden bereits umfangreiche Sensitivitäten zur Zusammensetzung des Batteriegehäuses (Aluminium vs. Stahl bzw. CFK) und zum Batterietyp (NMC- vs. LFP-Batterien). Ebenso wurde In einer weiteren Sensitivität ein alternatives Verfahren der Lithium-Verdampfung untersucht (Vakuumverdampfung statt Schleppgasverdampfung). Aufgrund der in Kapitel 5.7 dargestellten, vergleichsweise geringen Ergebnisunterschiede zwischen dem Datenstand in 2015 und 2016 gelten die wesentlichen Erkenntnisse dieser Sensitivitätsanalysen auch für die aktualisierte Ökobilanz. Sie werden deshalb an dieser Stelle nicht noch einmal explizit neu berechnet.

6.2.2.1. Cobalt-Datensatz

Der verwendete Cobaltdatensatz aus ecoinvent 3.1 ist lediglich als Hilfsprozess gekennzeichnet, mit entsprechenden Abstrichen bei der Datenqualität und einer nur sehr kurzen Dokumentation. Der Datensatz für Primärkobalt in ecoinvent fußt auf dem entsprechenden Datensatz von Nickel mit einigen spezifischen Modifizierungen. Der Nickeldatensatz bildet die Primärnickelgewinnung (Nickel Class I) aus sulfidischen, auch kupferhaltigen Erzen ab. Es werden die fünf größten Nickelproduktionsrouten erfasst. Die Datenqualität wird für die Bereiche Abbau, Anreicherung, Metallurgie und Refining als „befriedigend“ bezeichnet.

Aktuelle Daten, die vom Cobalt-Institut angekündigt wurden, sind bisher nicht veröffentlicht worden, und konnten aus diesem Grund nicht für diese Studie verwendet werden.

Im Rahmen eines der Vorgängerprojekte (LithoRec I, siehe [Buchert et al. 2011b]) wurde bereits eine umfangreiche Sensitivität berechnet mit einem nicht-öffentlichen Datensatz von PE International (heute thinkstep). Die Verwendung des PE-Datensatzes würde in der vorliegenden Ökobilanz zu höheren Gutschriften aus der Cobalt-Verwertung führen. Da dadurch das Recycling tendenziell noch besser abschneiden würde, wurde hier als konservative Annahme ausschließlich der der ecoinvent-Datensatz verwendet.

6.2.3. Konsistenzprüfungen

In der Datengenese wird eine konsistente Vorgehensweise verfolgt. Die Datenabfrage erfolgt unter einheitlichen Bedingungen (konsistente Excel-Vorlage). Die erhaltenen Antworten weisen einen unterschiedlichen Detaillierungsgrad auf. Das Projekt verbindet unter-schiedliche Datenlieferanten mit unterschiedlichem Ansatz. So finden sich automatisierte Pilotanlagen (Industrie) bis zu manuellen Laborversuchen (frühes Forschungsstadium, Universität). Im Hinblick auf das Gesamtergebnis wird der Einfluss als gering eingeschätzt.

Im Forschungsverbund EcoBatRec ist der Materialfluss qualitativ gut verfolgbar, da Proben von einer Prozessstufe an die folgende geliefert werden. Alle Materialflüsse können so qualitativ nachverfolgt werden. Es wurden keine generischen Zwischenschritte modelliert, so dass ein konsistenter Zusammenhang hergestellt wurde. Dadurch kann ein konsistenter Datensatz qualitätsgesichert werden.


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Für die Recyclingprozesse sichert die Gleichbehandlung der Gutschriften für recycelte Wertstoffe eine konsistente Methodik. So werden die Aufwände zur Konfektionierung und die Sekundärmaterialherstellung immer mit einer 100 %-Gutschrift des Primärprozesses gegengerechnet.

Die Datenqualität der Vorketten wird dagegen als sehr unterschiedlich bewertet. Die Daten, insbesondere der Primärgewinnung der Metalle, weisen unterschiedliche Detailtiefen aus. So stellt der Cobalt-Datensatz von ecoinvent eine grobe Abschätzung aus ähnlichen industriellen Prozessen dar, der als nur für einen Hilfsprozess geeignet charakterisiert wird. Diese Inkonsistenzen bei der Beschreibung der Primärförderung von Primärmetallen sind in der Quelle gekennzeichnet.

Eine Inkonsistenz ergibt sich auch aus dem vergleichsweise hohen Alter der Datensätze aus ecoinvent 3.1.

Die Charakterisierungsfaktoren für die Umweltwirkungen (GWP, AP, POCP und EP) sind einer einheitlichen Quelle entnommen [CML 2016], das ADPelem. aus [CML 2015].

6.3. Schlussfolgerungen, Einschränkungen und Empfehlungen

Die Gesamtauswertung der Ökobilanzergebnisse für das Recycling des Batterietyps NMC ergibt für alle untersuchten Wirkungskategorien, d. h. Treibhausgasemissionen (GWP), Kumulierter Energieaufwand (CED total), Versauerungspotenzial (AP), Verbrauch an abiotischen Ressourcen (ADPelem.), Eutrophierungspotenzial (EP) und Bildungspotenzial von Photooxidantien (POCP), z. T. deutliche Nettogutschriften. Nicht zuletzt die Ergebnisse bzgl. des Versauerungspotenzials und des Verbrauchs an abiotischen Ressourcen waren für ein Recyclingverfahren, welches primär auf die Gewinnung von Sekundärmetallen bzw. deren Verbindungen zielt, zu erwarten (Gutschriften bzgl. abiotischer Primärressourcen sowie Säurebildneremissionen aus der Erzaufbereitung). Die hohen Rückgewinnungsraten von batteriefähigen Kobalt- (98%), Nickel- (99%) und Manganverbindungen (99%) sowie metallischem Lithium (73%) tragen wesentlich zum guten Gesamtergebnis der Ökobilanz bei.

Positive Beiträge, d. h. deutliche Nettogutschriften, ergaben sich für alle untersuchten Wirkungskategorien aus dem ersten Schritt „Demontage“. Verantwortlich hierfür sind vor allem hohe Gutschriften für die Rückgewinnung von Wertstoffen wie z. B. Aluminium und Edelstahl aus dem Gehäuse, Kupfer aus diversen Komponenten und Edelmetalle aus dem Batteriemanagementsystem. Dies lässt eindeutig die Bewertung zu, dass eine sorgfältige Zerlegung der Batterien (vollständige Erfassung der entnommenen Komponenten für das Einbringen in Recyclingprozesse) essentiell für ein positives Gesamtergebnis des gesamten Recyclingprozesses sind. Die Zellmaterialien sind nicht zuletzt aufgrund ihrer wertvollen Metallverbindungen (Nickel-, Kobalt-, Lithiumverbindungen etc.) wichtig und interessant für die Recyclingwirtschaft und unter dem Gesichtspunkt der Ressourcenschonung. Die sonstigen Komponenten, die im 1. Schritt entnommen und in die Recyclingwirtschaft überführt werden, machen jedoch ungefähr die Hälfte des gesamten Batteriegewichts aus. Positiv ist hervorzuheben, dass die entsprechenden Recyclingverfahren (Edelstahlrecycling,


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Kupferrecycling, Aluminiumrecycling, Leiterplattenrecycling usw.) auf bereits bewährten und etablierten Infrastrukturen fußen und daher hier kein Entwicklungsaufwand notwendig ist.

Im Vergleich zu den Ergebnissen der Vorgängerstudie von 2015 fallen bei den aktualisierten Ergebnisse die Nettogutschriften geringer aus. Dies liegt an der im Vergleich zu 2015 etwas geringeren Ausbeute im Prozessschritt „Mechanische Aufbereitung“.

Einschränkungen

Hier muss an dieser Stelle auf die Systemgrenzen der vorliegenden Ökobilanz hingewiesen werden. Es wird weder die Herstellung der Batterie (und damit die Herstellung der entsprechenden Batteriekomponenten mit ihren Vorketten) noch die Nutzungsphase der Batterie im entsprechenden Fahrzeug bilanziert. Gerade die Leichtbaumaterialien Aluminium und kohlefaserverstärkte Kunststoffe (hier für das gewichtsrelevante Batteriegehäuse) wären für eine Bilanzierung der Nutzungsphase im Vergleich zu einer Batterie mit Edelstahlgehäuse von Interesse. Aussagen hierzu können jedoch im Rahmen dieser Ökobilanz aufgrund der gesetzten Systemgrenzen nicht getroffen werden.

Die Ökobilanzergebnisse zum EcoBatRec-Recyclingverfahren müssen unter dem Vorbehalt bewertet werden, dass die Sachbilanzdaten teilweise auf Testläufen einer Demonstrationsanlage sowie auf Einzel- und Laborversuchen beruhen. Schließlich ist hervorzuheben, dass die Ergebnisse dieser Ökobilanz für das Batterierecycling nach dem EcoBatRec-Verfahren keinesfalls mit den Ökobilanzergebnissen anderer Batterierecyclingverfahren verglichen werden können. Es wurde in diesem Sinne keine vergleichende Ökobilanz durchgeführt. Weiterhin gelten alle Ergebnisse unter der Prämisse, dass die zu recycelnden Batterien keine Umweltlast tragen.

Fazit und Empfehlungen

Unter den getroffenen Annahmen schneidet die untersuchte Gesamtkette des EcoBatRec-Recyclingverfahren in den untersuchten Wirkungskategorien vorteilhaft ab.

Die Ökobilanzergebnisse zum EcoBatRec-Recyclingverfahren müssen unter dem Vorbehalt bewertet werden, dass die Sachbilanzdaten auf Einzel- und Laborversuchen, Modellrechnungen oder Messungen im Rahmen einer Pilotanlage beruhen. Eine Realisierung des Gesamtprozesses auf großtechnischer Eben steht noch aus. Hier könnten in einigen Modulen größere Lasten auftreten, auf der anderen Seite wären durchaus noch Minderungspotenziale zu erwarten.

Die vorliegende Bilanz bildet den Stand des Projekts im Sommer 2016 ab. Weitere LCA-Studien zur Validierung der Ergebnisse dieser Studie in einigen Jahren werden empfohlen, wenn das Recyclingverfahren nach EcoBatRec in die großtechnische Umsetzung gelangt ist.


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Annex 1: Verwendete generische Datensätze

Tabelle A-1: Für die Ökobilanz verwendete generische Datensätze

Schritt Datensatz Herkunft

Wertstoffrecycling RER: L_Kupfer, sekundär, ab Raffinerie ecoinvent v3.1

EU-27: Aluminiumrecycling (2010) GaBi v6.0,

RER: L_Elektrostahl, un- und niedriglegiert, ab Werk ecoinvent v3.1

RER: G_Aluminium Massel Mix (2005) EAA GaBi v6.0, invertiert

RER: G_Blasstahl, Chromstahl 18/8, ab Werk ecoinvent v3.1, invertiert

RER: G_Kupfer, ab Regionallager ecoinvent v3.1, invertiert

RER: G_Polyamid 6 Granulat (PA 6) ELCD/PlasticsEurope GaBi v6.0, invertiert

Leiterplattenrecycling GLO: L_Entsorgung, Leiterplatten-Aufbereitung

(modifiziert nach Analyse von Umicore/I+ME Actia)

ecoinvent v3.1

SE: L_Gold, sekundär, ab Raffinierung ecoinvent v3.1

SE: L_Kupfer, sekundär, aus Elektroschrott, ab Raffinierung ecoinvent v3.1

SE: L_Nickel, sekundär, aus Elektroschrott, ab Raffinierung ecoinvent v3.1

SE: L_Silber sekundär, ab Raffinierung ecoinvent v3.1

Ökobilanz MORE, 2014

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GLO: G_Gold, aus Primärproduktion, ab Raffinerie ecoinvent v3.1, invertiert

GLO: G_Kupfer, primär, ab Raffinerie ecoinvent v3.1, invertiert

GLO: G_Nickel, 99.5%, ab Werk ecoinvent v3.1, invertiert

RER: G_Silber, ab Regionallager ecoinvent v3.1, invertiert

Gutschriften für batteriefähige Komponenten GLO: G_Cobalt, ab Werk ecoinvent v3.1, invertiert

GLO: G_Lithium, ab Werk ecoinvent v3.1, invertiert

GLO: G_Nickel, 99.5%, ab Werk ecoinvent v3.1, invertiert

DE: G_Schwefelsäure (96%) PE GaBi v6.0, invertiert

RER: G_Mangan, ab Regionallager ecoinvent v3.1, invertiert

Energie DE: Strom Mix ELCD/PE GaBi v6.0

DE: G-DE_Strom Mix ELCD/PE GaBi v6.0, invertiert

DE: Prozessdampf aus Erdgas ELCD/PE GaBi v6.0

DE: G-Prozessdampf aus Erdgas ELCD/PE GaBi v6.0, invertiert

GLO: Druckluft 7 bar (niedriger Stromverbrauch) PE GaBi v6.0

Hilfsstoffe RER: Verpackungsfolie, LDPE, ab Werk ecoinvent v3.1

RER: Wellkartonverpackung, gemischte Fasern, einwellig, ab Werk ecoinvent v3.1


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RER: Polyvinylchlorid, ab Regionallager ecoinvent v3.1

RER: Wasser, entkarbonisiert, ab Werk GaBi v6.0

Transport/Maschinen GLO: LKW ELCD/PE-GaBi GaBi v6.0

DE: Diesel Mix, ab Raffinerie PE GaBi v6.0

Ökobilanz MORE, 2014

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Annex 2: Externes kritisches Gutachten

Kritische Prüfung der Studie

AKTUALISIERTE ÖKOBILANZEN ZUM RECYCLINGVERFAHREN ECOBATREC FÜR LITHIUM-IONEN-BATTERIEN (STAND 09/2016)

Auftraggeber: Öko-Institut e.V. Darmstadt

mit Förderung durch das

Bundesministerium für Bildung und Forschung, Berlin

Prüfer: Prof. Dr. Matthias Finkbeiner, Berlin

Normbezug: DIN EN SO 14040 (2006): Umweltmanagement – Ökobilanz – Grundsätze und Rahmenbedingungen DIN EN ISO 14044 (2006): Umweltmanagement – Ökobilanz – Anforderungen und Anleitungen ISO TS 14071 (2014): Environmental management - Life cycle assessment - Critical review processes and reviewer competencies: Additional requirements and guidelines to ISO 14044:2006

Inhalt und Umfang der Kritischen Prüfung

Der Prüfer und das Prüfungsverfahren sollen feststellen, ob:

die bei der Durchführung der Ökobilanz angewendeten Methoden mit den internationalen Normen ISO 14040 und ISO 14044 übereinstimmen;

die bei der Durchführung der Ökobilanz angewendeten Methoden wissenschaftlich begründet und technisch gültig sind;

die verwendeten Daten in Bezug auf das Ziel der Studie hinreichend und zweckmäßig sind;

die Auswertungen die erkannten Einschränkungen und das Ziel der Studie berücksichtigen und

der Bericht transparent und in sich stimmig ist.

Die Kritische Prüfung wurde gemäß Abschnitt 6.2 der ISO 14044 als Prüfung durch einen externen, unabhängigen Sachverständigen vorgenommen, da diese Ökobilanz-Studie nicht als Grundlage für zur Veröffentlichung vorgesehene vergleichende Aussagen bestimmt ist. Dieser Prüfungsbericht gilt ausschließlich für den Abschlußbericht der Studie in der am 04.11.2016 vorgelegten Fassung. Die Prüfung und Verifizierung einzelner Daten und Datensätze war nicht Teil des Untersuchungsumfanges.

Prüfungsverfahren

Das Prüfungsverfahren wurde zwischen dem Öko-Institut als Ersteller der Ökobilanz und dem externen Sachverständigen koordiniert. Das Prüfungsverfahren fand parallel zur Durchführung der Ökobilanz statt. Das Auftakttreffen mit dem Öko-Institut und der sogenannten Umbrella-Gruppe mit wesentlichen Projektpartnern fand am 25. April 2013 in Darmstadt statt. Neben ersten Festlegungen zu Ziel und Untersuchungsrahmen wurden auch der Umfang und der Prozess der Kritischen Prüfung festgelegt. Das zweite Treffen wurde an gleicher Stelle und mit gleicher Beteiligung am 12. September 2014 durchgeführt. In diesem Treffen wurden vor allem die generische Zusammensetzung der Li-Ionen-Batterien sowie die Datensituation wichtiger Primärproduktionsketten diskutiert. Beim dritten Treffen am 06. Juli 2015 in Darmstadt wurden bereits erste, noch vorläufige Ergebnisse präsentiert und die finale Auswahl von Daten und methodischen Festlegungen der Sachbilanz und Wirkungsabschätzung besprochen. Der externe Sachverständige konnte wegen der kurzfristigen, unwetterbedingten Sperrung der Bahnstrecke nicht persönlich an dieser Sitzung teilnehmen, wurde aber über die Ergebnisse im Nachgang informiert. In allen Besprechungen hat der externe Sachverständige zu den vorgestellten Zwischenergebnissen Stellung genommen, verschiedene Hinweise bezüglich der Normkonformität der Studie und Empfehlungen für den weiteren Verlauf der Studie gegeben. Die Kritische Prüfung erfolgte als zweistufiger Prozess. Eine erste Kritische Prüfung wurde für die im Jahr 2015 entwicklungsbegleitend erstellte Ökobilanz durchgeführt. Dieser Prüfbericht dokumentiert die zweite Kritische Prüfung der aktualisierten Ökobilanz nach dem Bau und den ersten Testläufen einer Demonstrationsanlage im Sommer 2016. Die formale Prüfung auf Normkonformität der ersten Fassung der Studie begann nach Vorlage des ersten Entwurfes des Abschlußberichtes der Studie am 20. Oktober 2015. Der Sachverständige hat den Bericht umfassend analysiert und auf Normkonformität geprüft. Die Prüfung ergab insgesamt 40 Hinweise

genereller, technischer und redaktioneller Art, die dem Auftraggeber am 02. November 2015 übermittelt wurden. Der zweite, überarbeitete Entwurf des Abschlußberichtes wurde dem Prüfer am 11. November 2015 übermittelt. Die Prüfung des zweiten Entwurfes ergab, dass die Prüfhinweise konstruktiv und umfassend berücksichtigt wurden. Es verblieben nur noch wenige offene Punkt oder Rückfragen, die in Form von drei weiteren Kommentaren am 14. November 2015 an den Auftraggeber übermittelt wurden. Die finale Version des Abschlußberichtes wurde dem Prüfer am 16. November 2015 übermittelt. Die Umsetzung der vereinbarten Maßnahmen und der Kommentare wurde geprüft, es waren keine weiteren Hinweise oder Maßnahmen notwendig. Die Kritische Prüfung zum Bericht aus dem Jahr 2015 wurde am 17.11.2015 abgeschlossen. Der zweite Prüfprozess der aktualisierten Ökobilanz begann mit der Vorlage des Entwurfs des überarbeiteten Berichtes am 06.09.2016. Auf Basis der normkonformen Studie aus dem Jahr 2015 fokussierte sich die Prüfung der aktualisierten Ökobilanz vor allem auf die Änderungsumfänge zwischen den beiden Studien. Diese Prüfung ergab insgesamt 22 Hinweise genereller, technischer und redaktioneller Art, die dem Auftraggeber am 22.09.2016 übermittelt wurden. Die Prüfung des zweiten Entwurfes ergab, dass die Prüfhinweise konstruktiv und umfassend berücksichtigt wurden. Es verblieben nur noch drei redaktionelle Kommentare. Die finale Version des Abschlußberichtes wurde dem Prüfer am 04. November 2016 übermittelt. Der Sachverständige bedankt sich für den uneingeschränkten Zugang zu allen nachgefragten Informationen sowie die offene und konstruktive Haltung während des gesamten Prüfungsverfahrens.

Bewertung

Die Ökobilanz dient zur projektbegleitenden Bewertung des Recyclingverfahrens des vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit geförderten Projektes „Demonstrationsanlage für ein kostenneutrales, ressourceneffizientes Processing ausgedienter Li-Ion Batterien (EcoBatRec)“, das unter der Koordination der Accurec Recycling GmbH mit dem Verbundpartner RWTH Aachen durchgeführt wurde. Den beteiligten Verbundpartnern sollen damit zeitnah die ökologischen Vorteile und Schwachstellen aufgezeigt werden. Die funktionelle Einheit und der Referenzfluss für die Ökobilanzen des LithoRec-Verfahrens ist das Recycling von 1000 kg Batterien entsprechend des Typs NMC (Nickel/Mangan/Kobalt) bzw. des Typs LFP (Lithiumeisenphosphat). Dies zeigt, dass die Systemgrenze so gewählt wurde, dass die primäre Herstellung und auch die Nutzung der

Batterien nicht analysiert werden, sondern der Fokus auf dem Recycling liegt. Die erhaltenen Netto-Gutschriften beziehen sich also nur auf die End-of-Life-Phase unter der Annahme, dass die Batterien lastenfrei eingehen. Deshalb wird auch einschränkend in der Studie ausgeführt, dass die Ergebnisse nicht mit den Ökobilanzen anderer Batterierecyclingverfahren verglichen werden können. Es wird transparent darauf hingewiesen, dass die Ergebnisse unter dem Vorbehalt bewertet werden müssen, dass die Sachbilanzdaten auf ersten Testläufen einer Demonstrationsanlage sowie Einzel- und Laborversuchen beruhen.

Ergebnis

Die Ökobilanz wurde in Übereinstimmung mit ISO 14040 and ISO 14044 erstellt. Die verwendeten Methoden und die Modellierung des Produktsystems sind geeignet, die in der Studie formulierten Ziele zu erfüllen. Der Bericht ist umfassend und beschreibt den Untersuchungsrahmen der Studie in transparenter Weise.

Matthias Finkbeiner 11. November 2016

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